Tổng quát về mạng truy nhập

Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập CHƯƠNG 1 TỔNG QUÁT VỀ MẠNG TRUY NHẬP I. MẠNG TRUY NHẬP 1. Mạng Truy Nhập Thuê Bao Truyền Thống. Mạng cáp điện thoại thuộc các nhà khai thác điện thoại với sự đầu tư rất lớn qua nhiều năm. Cấu trúc chính của mạng nhằm phục vụ các dịch vụ thoại thông thường. Mạng điện thoại đến nay rất hiện đại, sự nâng cấp cơ sở hạ tầng tạo thêm thuận lợi cho công nghệ truyền dẫn và chuyển mạch. Đặc biệt, với dung lượng lớn, truyền dẫn quang là xương sống của hầu hết các mạng điện thoại. Dùng cáp quang để cải thiện chất lượng dịch vụ, gia tăng khả năng giải quyết lưu lượng và giảm thiểu chi phí cho các nhà khai thác. Tuy nhiên, mạng nội hạt hiện tại không thể dùng cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao do sử dụng chủ yếu là tín hiệu tương tự (analog) với băng thông hẹp làm cản trở việc truyền tín hiệu số hóa băng thông rộng và các dịch vụ tích hợp. Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 1 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập - Cáp đồng nội hạt (local loop) nối thuê bao với tổng đài qua giàn phối tuyến MDF – Main Distribution Frame. - Các trung tâm viễn thông CO nối với nhau qua mạng đường trục. Mạng đường trục bao gồm các các hệ thống truy cập số - nối chéo DACS – Digital Access and Cross- connect System, các thiết bị truyền dẫn sóng T1/E1. Mạng đường trục phải được nâng cấp để đạt đến công nghệ mạch vòng RING (PDH hay SDH). Mạng truy nhập ra đời vào những năm 1890 cùng với sự ra đời của mạng điện thọai công cộng PSTN. Nó có vai trò rất quan trọng trong mạng viễn thông và là phần tử quyết định trong mạng thế hệ sau (NGN: next generation network)). Mạng truy nhập là phần lớn nhất của một mạng viễn thông thường có phạm vi địa lý rộng lớn và tốn nhiều chi phí đầu tư. Mạng truy nhập nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn tín hiệu, cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàng. Chất lượng và hiệu quả của mạng truy nhập ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dịch vụ của mạng. 2. Mạng Truy Nhập Hiện Đại ITU-T Mạng truy nhập bao gồm các đường dây cáp nội hạt, các thiết bị kết nối dịch vụ từ người dùng tới trung tâm viễn thông CO. Mạng điển hình bao gồm các bó cáp với hàng ngàn đôi cáp được đấu tới MDF. Dịch vụ thoại truyền thống được thiết kế cho các dịch vụ thoại với băng tần hẹp từ 0Hz đến 3,4 KHz và các modem tương tự có tốc độ từ 9.6Kbps, 33.6Kbps và đến 56Kbps như hiện nay. Dịch vụ ISDN giao tiếp BRI - 2B+D hiện nay rất ít được dùng. Dịch vụ này dùng ở phổ tần số thấp hơn 80KHz. các dịch vụ mạng khác nhau dùng trong mạng truy nhập hiện đại bao gồm: - Dịch vụ IP/LAN như truy cập internet (mega VNN) hay truy cập mạng LAN ở xa Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 2 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập (mega WAN). - Dịch vụ Frame Relay. - Dịch vụ n x 64Kbps (leases line). - Dịch vụ ATM. - E_learning - Video on demand - Video conference - Voice over IP - Game online 3. Các Thiết Bị Trong Mạng Truy Nhập Ngày nay, sự phát triển về nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng không chỉ yêu cầu các dịch vụ thọai/fax truyền thống mà cả các dịch vụ tích hợp như : Truyền hình kỹ thuật số có độ phân giải cao, video on demand, internet, game, lưu trữ dữ liệu . . . Từ những năm 1990 các công nghệ và thiết bị mạng truy nhập liên tiếp ra đời với tốc độ nhanh, thậm chí có nhiều dòng sản phẩm vừa được thương mại hóa thì bị lỗi thời ngay. Mạng truy nhập ngày nay được chia làm 02 lọai: - Mạng truy nhập có dây (wire) - Mạng truy nhập không dây (wireles) Mạng truy nhập không dây dùng vô tuyến cố định ngày càng trở nên thông dụng. Phương thức truy nhập vô tuyến cố định của nhiều mạng di động cũng phát triển rất mạnh. Mạng truy nhập có dây có sự ra đời của mạng cáp quang (Optical- access- netword). Tuy nhiên, cáp đồng vẫn là môi trường truyền dẫn chính trong mạng truy nhập chiếm đến 94% nên việc tận dụng lại cơ sở hạ tầng rất lớn này là rất cần thiết. Công nghệ đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL) chính là giải pháp cho vấn đề này. Năm Dòng thiết bị truy nhập 1890 Cáp đồng 1970 1-2G DLC Giữa thập kỷ 90 V5 DLC Cuối thập kỷ 90 NG DLC Đầu thế kỷ 21 Truy nhập IP Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 3 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập Mạng truy nhập cáp đồng truyền thống có nhiều nhược điểm, hạn chế khả năng cung cấp không chỉ các dịch vụ mới, nhất là các dịch vụ băng rộng. Để khắc phục nhược điểm mạng cáp đồng có hai giải pháp chính sau đây: - Dùng tổng đài phân tán - Kỹ thuật DLC (Digital loop carrier: bộ cung cấp vòng thuê bao số) a. Tổng đài phân tán Thực chất là sử dụng các bộ tập trung đường dây đầu xa (RLC: Remote Line Concentrator) Bộ RLC giao tiếp riêng ở phía tổng đài như các tổng đài vệ tinh không có khả năng chuyển mạch. b. Bộ cung cấp vòng thuê bao số DLC. Hệ thống DLC có hai thành phần chính: - Khối giao tiếp phía tổng đài (CT: Central Office Terminal hay còn gọi CO) - Khối giao tiếp đầu xa (RT: Remote Terminal): thường đặt tại khu vực tập trung nhiều thuê bao, hay ở tại phía khách hàng. Theo chế độ truy nhập tập trung có thể dẫn đến bị tắc nghẽn khi số cuộc gọi yêu cầu nhiều hơn số kênh trên đường truyền chung, bù lại nó cho phép giảm đáng kể chi phí đầu tư. Bộ cung cấp vòng thuê bao số DLC gồm các thiết bị như: ¾ Các bộ lợi dây: là giải pháp ra đời những năm 70, còn gọi là DLC thế hệ 1 chỉ hỗ trợ giao diện cáp đồng và truyền giữa CT và RT qua giao diện E1 hay DS3. ¾ UDLC: cũng giống như DLC thế hệ 1 hỗ trợ kết nối cáp đồng, nhưng có cải tiến là giữa CT và RT dùng kết nối TDM-PCM ở hai đầu CT và RT ¾ IDLC: Là cải tiến của UDLC CT kết nối trực tiếp vào tổng đài không qua biến đổi A/D hai lần như UDLC. Mỗi thuê bao được cung cấp một kênh cố định giữa thiết bị DLC với tổng đài. ¾ 3G DLC hay NGDLC: ra đời cuối thế kỷ 20, nó giống với thiết bị truy nhập ATM-DSLAM hiện nay. - Dùng giải pháp truy nhập băng thông rộng tạm thời qua mạng lõi ATM. - Sử dụng công nghệ xDSL để truy nhập dữ liệu tốc độ cao. - Kết nối với mạng PSTN với mạng băng rông qua chuẩn V5.2 Khuyết điểm: - Băng thông/dung lượng hạn chế. - Nghẽn nút cổ chai trong vòng ring truy nhập và mạng lõi ATM. Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 4 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập - Khó mở rộng dung lượng. - Cấu trúc phức tạp, nhiều lớp IP qua ATM qua SDH/DSL. - Giá thành và chi phí nâng cấp khá cao. ¾ Thiết bị truy nhập IP (IP-AN): thiết bị truy nhập tiên tiến, hội tụ nhiều công nghệ nền tảng trong mạng thế hệ sau, là dòng thiết bị chạy trên nền IP, có đặc tính: - Băng thông dung lượng hệ thống gần như không hạn chế - Truy nhập băng rộng IP - Dể dàng mở rộng - Cung cấp nhiếu dịch vụ qua mạng IP duy nhất - Dễ dàng tích hợp với mạng thế hệ sau (trên nền chuyển mạch mềm: softswitch) - Giá thành thấp, chi phí vận hành mạng thấp - Cấu trúc đơn giản ( IP over SDH, DWDM) ¾ Thiết bị truy nhập giai đọan quá độ: Xu hướng phát triển mạng PSTN lên mạng NGN là tất yếu. Tuy nhiên lộ trình nâng cấp mạng của các nhà khai thác mạng khác nhau. Như vậy giải pháp sử dụng thiết bị truy nhập hiện đại ở khu vực tập trung thuê bao là được xem xét. Các thết bị này đáp ứng mềm dẽo quá trình chuyển mạng từ cấu trúc TDM hiện nay sang mạng cấu trúc gói trong tương lai, thiết bị truy nhập này dễ dàng thích ứng với mạng nội hạt thế hệ sau (NGN). II. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUY NHẬP DỮ LIỆU (Internet) HIỆN NAY Phổ biến nhất trước kia vẫn là modem tương tự, truy nhập mạng dữ liệu dùng Dial- up. Ngòai ra, hiện nay còn có các công nghệ khác như: thuê kênh riêng (leasese line), thuê luồng E1/T1, modem cáp, dịch vụ phân phối đa điểm nội hạt (LMDS: local multipoint Distribution Service), các công nghệ sử dụng vệ tinh như Direct PC . . . 1. ISDN VÀ B-ISDN (ISDN: Integrated Service Digital Netword) Là mạng số đa dịch vụ ra đời vào những năm 70-80. Nguyên lý của ISDN là cung cấp các dịch vụ thọai và số liệu chung trên một đường dây thuê bao kỹ thuật số. Dùng ISDN ở giao tiếp tốc độ cơ sở (BRI: Basic Rate Interface) cho phép truyền dữ liệu và thọai trên 2 kênh B (Binary channel) 64 kbps và 1 kênh D (Digital channel) 16 kbps. Mỗi đường dây ISDN ở BRI có thể bố trí tối đa 8 thiết bị đầu cuối và cùng một lúc có thể truyền được nhiều cuộc gọi khác nhau. ISDN cung cấp các dịch vụ: dịch vụ khẩn cấp (báo cháy, báo trộm), dịch vụ ghi số điện – nước– gas . . . các dịch vụ cũ của mạng diện thọai cũ PSTN cũng dùng được với ISDN qua bộ đầu cuối tuơng thích TA (Terminal Adaptor). Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 5 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập 2. Modem tương tự (truy nhập mạng dữ liệu dùng Dial-up) Khi mạng điện thọai chuyển qua số hóa và các cuộc gọi điện thọai được số hóa, như máy điện thọai vẫn cón là điện thọai tương tự (analog). Khi kết nối internet qua đường điện thọai người ta dùng modem làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu A/D và D/A giữa PC và tổng đài bằng kỹ thuật quay số (Dial-up). Modem quay số (modem analog) thường dùng lọai modem 56 kbps theo tiêu chuẩn V.90 được chuẩn hóa năm 1998. Các kết nối đến mạng internet để truy cập dữ liệu phải qua tổng đài điện thọai truyền thống PSTN. Vì vậy tốc độ truy cập rất hạn chế không thể vượt quá tốc độ của kênh thọai (64 kbps). 3. Truy nhập E1/T1 dùng mạng cáp thuê bao nội hạt hoặc cáp quang Dùng một đôi cáp xoắn mà truyền được luồng dữ liệu với tốc độ T1/E1 (1544 kbps or 2.048 kbps). Trong kỹ thuật này người ta dùng các bộ tập trung, các trạm tiếp vận (repeater) để phân đọan mạch vòng thuê bao (DLC). Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 6 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập 4. Modem cáp, hay đường truyền số chia sẽ trên đuờng truyền tương tự Thiết bị cho phép truy xuất thông tin tốc độ cao trên internet so với modem tương tự truyền thống. Modem cáp cho cả giao tiếp với truyền hình cáp, kết nối với PC hay bộ tương thích. Modem cáp giao tiếp với PC qua giao tiếp Ethernet 10Base_T hoặc 100Base_T bằng cáp xoắn đôi hay cả giao tiếp USB. Thật ra thuật ngữ modem sử dụng cho thiết bị này có đôi chút không chính xác. Vì modem cáp có các chức năng vượt xa modem thông thường như: - Modem ( biến đổi A/D và D/A) - Thiết bị mã hóa và giải mã - Bộ định tuyến (Router) - Card giao tiếp mạng Ethernet - Card SNMP - Ethernet Hub - Các tính năng khác như : NAT, DDNS, DHCP, DNS . . . Có 3 dạng modem cáp thông dụng: - Modem cáp rời - Modem cáp lắp trong máy tính cá nhân (PCI) - Hộp set-top adaptor. Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 7 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn Tài liệu giảng dạy ADSL Chương 1 Tổng quát về mạng truy nhập Ngày nay, việc truy nhập dữ liệu sử dụng kỹ thuật ADSL dùng các modem cáp ADSL hay còn gọi ADSL Router. Mạng viễn thông VNPT hiện nay đang chuyển từ mạng IDN sang mạng NGN trong đó có định hướng và phát triển cho mạng truy nhập. Trong tương lai không xa thì mạng VNPT cung cấp dịch vụ băng rộng chuyển từ mạng ATM sang mạng IP. Mạng truy nhập hiện nay của VNPT đang triển khai là mạng truy nhập đa dịch vụ MSAN (multiservices access network). Mạng truy nhập MSAN sẽ được triển khai trên toàn mạng VNPT (hiện tại đang thử nghiệm tại một số tình thành) là một dạng của mạng truy nhập IP. Nó có đặc tính vượt trọi như: - Phát triển cả dịch vụ băng rộng và băng hẹp trong cùng thiết bị MSAN - Hệ thống đa dạng về sử dụng: có thể dùng loại outdoor hay indoor - Kết nối linh hoạt: vừa kết nối được với mạng băng hẹp PSTN và mạng băng rộng ATM, mạng IP. - Kết nối bằng giao tiếp mạng Ethernet (GE, FE) hạn chế được việc nghẽn nút chay trong mạng ATM. - MSAN vừa là thiết bị lớp 2, cũng là thiết bị hỗ trợ tính năng của lớp 3. - Cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng như: ¾ Dịch vụ thoại POTS và thoại VoIP ¾ Dịch vụ ISDN ¾ Dịch vụ Fax theo chuẩn T30 và T38 ¾ Dịch vụ xDSL: ADSL, ADSL2, ADSL2+, SHDSL, VDSL, VDSL2+ dùng cho Internet, IP TV, Video conference, Gaming, share data. ¾ Dịch vụ GPON. Dương Hoàng Thái. Khoa CNTT. Trường TH BCVT & CNTT III 8 Email: thaidh_bd3@vnpt.com.vn